宽断面板坯结晶器内钢水流动、传热和凝固过程的数值模拟

建立了求解宽断面板坯结晶器内的钢液流动、传热和凝固数学模型,研究了不同浸入式水口结构、铸坯宽度、铸坯厚度和拉速等工况条件下,宽断面板坯结晶器内的流动、传热和凝固行为。结果表明：随着铸坯的宽度从1 800 mm增加2 200 mm时,从浸入式水口侧孔出来的射流在结晶器下部的影响范围更广;宽断面结晶器中的浸入式水口结构对不同铸坯断面和拉速下的流动和凝固行为产生较大的影响;在生产中需根据宽断面结晶器的流动及传热特点进行水口结构及工艺参数的优化。     

板坯浸入式水口的优化

以某厂铸机断面为250mm×1 600mm的结晶器为研究对象,用物理模拟与数值模拟的方法进行研究,优化水口结构与工艺参数,以改善结晶器内钢液的流场分布。试验结果表明:优化的浸入式水口的结构参数为底部形状凹底、出口形状跑道形、出口倾角-10°、出口面积比2.233,结合现场生产实际建议浸入深度140mm、拉坯速度1.1m/min。     

不锈钢板坯宽度对结晶器内钢水流动和温度状态影响

利用数值模拟方法对比分析了不同不锈钢板坯宽度下结晶器内钢水流动和温度分布情况。结果表明,在同一浸入式水口结构和工艺参数条件下,随着结晶器宽度的增加,侧孔注流在窄面的冲击位置下降,冲击强度减弱,钢液面处钢水卷渣和液面裸露的几率减小,但液面处钢水温度降低。其中,当铸坯断面大于1360mm时,结晶器内钢水对窄面中心的冲击速度和钢液面处钢水表面流速变化不大。综合表明,该水口浇注不锈钢板坯的适宜宽度范围为1360～1600mm.     

宽厚板坯连铸结晶器内的钢液流场的数值模拟

基于流体力学的基本理论,针对连铸结晶器的结构和工艺参数,利用商业软件fluent的k-ε湍流模型,实现了对结晶器内钢液流场的三维数学模拟。重点分析了浸入式水口的插入深度、水口侧孔倾角以及拉速等工艺参数对结晶器钢液流场的影响。结果表明：对于断面为2300mm×250mm的板坯结晶器,水口插入深度为150mm,水口倾角为向下15°,拉坯速度为1.2m/min时,结晶器内的流场较好。数值模拟结果可为宽厚板坯连铸结晶器确定合理工艺参数提供理论依据。     

厚板坯连铸结晶器的浸入式水口优化

对断面尺寸为250 mm×1550 mm厚板坯结晶器进行了水力学模拟试验,研究了浸入式水口结构及工艺参数对结晶器内液面波动及流场的影响,并针对现有水口下出现的铸坯角部夹渣及表面质量问题,对水口结构进行了优化。结果表明:水口结构对液面波动影响较大。同种工况下,S1水口的流股到达窄边的冲击速度最大,达到0.29 m/s,冲击深度最小,S1水口的液面波高比其他水口大。S1水口为较优水口,推荐的浸入深度为110~150 mm,吹气量为7~9L/min。     

板坯连铸结晶器内钢液流场的数值模拟

用流体力学的三维计算软件,运用湍流脉动动能k方程和湍流脉动动能散耗率ε方程的k-ε双方程模型在给定的数值计算条件下,对板坯连铸结晶器内钢液的流场进行了模拟.通过数值计算,研究了浸入式水口出口面积、水口插入深度、铸坯断面尺寸等工艺参数对结晶器内钢液的流动的影响,为结晶器及水口的优化设计提供了依据.     

多断面矩形坯钢液表面流速水模型研究

以某钢厂矩形坯连铸结晶器为原型,建立相似比为1︰1的水力学模型,研究拉速及浸入式水口的出口面积比、水口倾角、水口浸入深度等工艺参数对不同断面矩形坯结晶器内表面流速的影响。结果表明:应当综合分析水口结构参数以及工艺参数对结晶器内表面流速的影响,另外矩形坯断面尺寸也会对表面流速有一定影响。     

近终型异型坯连铸用扁平浸入式水口的设计开发

针对莱钢异型坯连铸机实现全保护浇注的要求,开发了一种超扁平形状的浸入式水口。该水口工作端采用了双侧孔结构,并结合不同浇注断面和拉速进行了导流方式优化,主要依据来自于结晶器内钢水流动、自由液面波动以及传热凝固等综合冶金行为的数值预报结果。热态生产试验指出,采用单支扁平形状浸入式水口实现异型坯连铸全保护浇注是可行的,所设计浸入式水口具有显著稳定结晶器熔池液面和促进保护渣熔化的作用,使用寿命初步达到要求,铸坯内外质量得到明显改善。     

中薄板坯连铸结晶器浸入式水口的优化设计

应用数值模拟软件对唐钢中薄板坯连铸结晶器及浸入式水口内的钢水流场、温度场进行数值模拟,分析了水口结构、拉速、浸入深度和铸坯断面对流场和温度场的影响,在此基础上确定了水口的最佳结构和浸入深度,并在生产中进行了验证,不但提高了铸坯质量和产量且稳定了连铸生产。     

薄板坯连铸浸入式三孔水口热流耦合数值模拟

通过质量方程、运动方程和能量方程,利用热流耦合方法建立薄板坯连铸三孔水口温度场和流场数值模型,对内部钢液的速度场和温度场进行耦合研究,分析连铸过程三孔水口流场和温度场的基本特征,讨论流场与温度场分布对铸坯品质的影响.同时研究了浸入水口浸入深度与拉坯速度对其形态的影响,结果发现,由于模截面上两个回流以及向下出孔的存在,不同于两孔水口,形成两个先期凝固点和三个后期凝固点,为优化结晶器内钢液流场,优化浇注参数设计提供理论依据.     

薄板坯高拉速浸入式水口研究与优化

为了满足薄板坯连铸工艺高拉速对结晶器流场和温度场的要求,对浸入式水口的结构进行了研究。通过数值模拟研究,对薄板坯连铸浸入式水口进行了优化,优化后的新型浸入式水口可以获得高拉速状况下稳定的结晶器流场和温度场。同时对新型浸入式水口进行了水模分析,验证了数值模拟结果的有效性。现场试验新型浸入式水口,发现结晶器液面平稳、热相图稳定,板卷质量良好,铸机拉速较原水口提高22%。     

板坯连铸结晶器水口优化试验研究

对断面为210 mm×1 300 mm板坯连铸结晶器进行了水力学模拟试验,研究了SEN的结构对结晶器内钢液流动状态的影响及变化规律。试验结果表明：在断面为210 mm×1 300 mm下, SEN结构及参数选用凹型底、水口剖面为圆形、S侧/S中为1.9、出口倾角为15°,插入深度为120～180 mm能有效改善结晶器内的流场。     

板坯电磁连铸结晶器内钢/渣界面波动及流动行为的数值模拟

建立了板坯电磁连铸结晶器内钢/渣界面波动行为的三维数学模型,利用数值模拟方法研究了磁场与流场耦合作用下不同工艺参数和电磁参数对结晶器内钢/渣界面波动行为及流场的影响,通过VOF方法对不同条件下的钢/渣界面进行捕捉,讨论不同磁极位置、水口倾角、拉速及线圈电流强度对结晶器内钢/渣界面波动行为和流动的影响。模拟结果表明：电磁制动的施加可以显著降低钢/渣界面波高,减小射流对结晶器窄面的冲击。拉速和水口浸入深度恒定时,磁极位置和水口角度直接影响结晶器内流场形式：当[P＝]40 mm时,增加线圈电流可以降低结晶器内钢/渣界面波高和表面流速,从而减小由液面波动引发卷渣的概率;当磁极距离水口较远时[（P＝]80 mm）,随着线圈电流强度的增大,水口射流的冲击方向向上偏转,引起上回流的流动强度增强,导致钢/渣界面波高增加,增大卷渣发生的概率。     

中薄板坯连铸机表面质量控制技术研究

结合唐钢中薄板坯连铸机的主要特点,分析了纵裂、边裂和夹渣3类主要铸坯表面缺陷发生的原因,并有针对性的优化钢水成分,优化结晶器和扇形段等设备功能,优化浸入式水口结构和保护渣性能,实现恒拉速浇注和钢水T.O的稳定控制。通过上述技术措施,使铸坯表面缺陷得到有效控制,纵裂发生率由原来的5.2%降低到0.67%,消除了由于结晶器跑锥度导致的边裂缺陷,表面夹渣发生率由原来的14%降低到3%以下。     

Water Modeling of Self-Braking Submerged Entry Nozzle Used for Steel Continuous Casting Mold

Slag entrainment in a continuous casting mold is one of the major causes of macro nonmetallic inclusions in continuous casting steel products. Stabilizing the level fluctuation is an important factor to improve steel quality. A new type of submerged entry nozzle (SEN) named self-braking SEN was designed. In the current study, water modeling experiments were performed to study the effect of self-braking SEN on level fluctuation in a continuous casting slab mold. The level position and the root mean square value of level fluctuation were analyzed through the online detection data. The results showed that the flow in the mold was more symmetrical and the tracer dispersion was more uniform. Moreover, the meniscus was also more uniform than the conventional nozzle with the self-braking SEN, especially at high casting speed.     

电动缸在线热调宽在板坯连铸机上的应用

分析了板坯连铸结晶器在线热调宽装置现有技术产品状况,自主开发了 “板坯连铸结晶器电动缸在线热调宽技术”,并将此技术应用到某钢厂板坯连铸机结晶器上。介绍了该新技术产品的系统组成、工作原理、技术指标、主要优点、动作规则、控制模式,及取得的效果。     

IF钢板坯连铸结晶器液面波动原因及控制

结合马钢IF钢板坯生产实践,系统分析了影响IF钢连铸结晶器液面波动的因素,并采取了相应措施,有效控制结晶器液面波动,降低了IF钢的夹杂率,为稳态浇铸IF钢提供保证。     

高拉速薄板坯连铸结晶器钢渣界面波动分析

为应对提高拉速薄板坯结晶器内钢液不稳定行为,以1 520 mm×90 mm薄板坯结晶器为研究对象,利用液面追踪技术VOF方法建模计算,对薄板坯钢渣界面进行了深入研究,实现了对薄板坯连铸结晶器内流体流动及钢/渣界面行为的模拟计算。并结合实际生产工艺,采用1∶1物理模型和数值模拟相互验证,分析了拉坯速度、浸入深度和保护渣黏度种类对结晶器流场及钢渣界面的影响。结果表明,当结晶器钢液面流速为0.20~0.25 m/s,且界面较平稳时,保护渣黏度高于0.237 Pa·s可以适用;当钢液流速为0.25~0.30 m/s,保护渣黏度为0.382 Pa·s时,现场低碳钢卷渣率小于0.5%,表现出良好的抗卷渣能力。     

水口结构对薄板坯初始凝固行为的影响

以薄板坯连铸结晶器为研究对象,采用有限元法,建立了流动、传热、凝固的三维耦合数学模型。重点研究了拉速及双侧孔水口出口面积比对结晶器内自由液面流动情况、铸坯表面温度分布与凝固坯壳生长的影响。结果表明,当拉速由6 m/min减少到4 m/min时,液面波动由±10.5 mm降至±4.5 mm,而结晶器出口处的坯壳厚度将由7.1 mm增加到9.5 mm;当水口出口面积比由1.56增加到2.00时,液面波动由±9.1 mm降至±7.1 mm,出口处的坯壳厚度减薄了0.4 mm。